JPH03153202A - 統合された光学チップとそれをつくるための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 この発明は、最適に高い電気光学の係数を有する多機能
の統合された光学チップおよびプロトン交換された好ま
しくは菱面体の構造をつくるためのプロセスに関し、か
つこれらのプロセスがら結果として生ずる多機能の統合
された光学チップに関するものである。

関連技術の説明 今までは、多機能の統合された光学チップ、特にニオブ
酸リチウムからつくられたようなチップをつくるための
方法は、チップを安息香酸のような酸とのプロトン交換
に、約１５０’Ｃがら約２５０℃の範囲の温度において
、約１ｏ分がら約２０分またはより多くの時間の間さら
すステップを含んでいる。プロトン交換ステップがより
高い温度においてもしくはより長い時間の間、またはそ
の双方において実施されるところでは、ニオブ酸リチウ
ムのサブストレートは、プロトン交換ステップにさらさ
れるサブストレート区域におけるマイクロクラッキング
を結果として生ずる実質の内部の応力を、形成しがちで
ある。結果として、このステップを含むプロセスにより
つくられるチップは、屈折率の不安定性、高い伝搬の損
失および低い電気光学の係数を、頻繁に表わす。

発明の概要 この発明は、好ましい実施例においては、安定した菱面
体のＬ　ｉ、−ｘ　Ｉ（ｘ　ＮｂＯ，の構造に基礎を置
く、プロトン交換された多機能の統合された光学チップ
（ＭＩＯＣＳ）をつくるための方法を、提供する。これ
らのチップは、実質的に拡散されたプロトンを有し、実
質的にマイクロクラッキングおよびマイクロクラッキン
グの結果として生じ得る内部の応力がなく、かつなお光
学的に高い電気光学の係数を有する。これらの方法は、
特にプロトン交換されたニオブ酸リチウムからそのよう
なチップをつくるようにされている。

これらの方法は、ニオブ酸リチウムのようなサブストレ
ートから多機能の統合された光学チップのサブストレー
トを形成するステップと、チップの表面において１つま
たはより多くの望まれた大きさおよび形状のプロトン交
換されたパターンを形成するためにチップの少なくとも
一方の表面に除去可能なマスクまたはマスクパターンを
付着させるステップと、マスキングされたチップを安息
香酸のようなプロトン交換する酸によりチップのマスキ
ングされていない表面におよびその下に実質的なプロト
ン交換を引き起こすために十分な温度でかつ十分な時間
の間、しかしチップにおけるマイクロクラッキングを導
くいずれのマイクロクラッキングまたは内部の応力をつ
くるためにも不十分な時間の間、処理するステップと、
マスクまたはマスクパターンをチップから除去するステ
ップと、酸素を含む環境において、チップにおいておよ
びチップの表面より実質的に下のチップの表面の近くに
おいて水素イオンを拡散させるために十分な温度におい
ておよび時間の間、かつチップの電気光学の係数を回復
しかつ最適化するために十分な時間の間および温度にお
いて、チップを熱により焼きなましするステップとを、
含む。

この発明はまた、プロトン交換されたニオブ酸リチウム
の表面または所望の大きさまたは形状の表面のパターン
を有し、プロトン交換された水素イオンが実質的にチッ
プの表面の中へおよびチップの表面より下へ拡散される
、多機能の統合された光学チップに関するものである。

これらのチップは、安定された菱面体の構造と、マイク
ロクラッキングに導きかつそれらのプロトン交換された
領域においてはマイクロクラッキングが実質的にない、
より小さい応力とを、表わす。これらのチップもまた、
プロトン交換が始まる前のチップの電気光学の係数に実
質的に等しい、回復され最適化された電気光学の係数を
有する。

好ましい実施例においては、多機能の統合された光学チ
ップは、ニオブ酸リチウムのようなサブストレートから
形成される。これらのチップは、いかなる所望のサイズ
、形状および厚さにもなれる。代替的には、これらのチ
ップはＬｉＴａ０゜（タンタル酸リチウム）のような物
質からつくられることができる。

好ましい実施例においては、ＭＩＯＣＳに炎換されるべ
きウェーハは、それらの表面の１つまたはより多くの上
を、アルミニウムまたはクロム金属からつくられたマス
クのようなマスクまたはマスキングパターンにより、覆
われる。これらのマスクは、好ましくはウェー１１にお
いて所望のパターンの電気光学のチャネルを形成するた
めに十分な大きさおよび形状のパターンを、含む。

マスキングの前にまたは後で、ニオブ酸リチウムのウェ
ーハは、酸における水素イオンおよびつ工−ハにおける
陰イオン、たとえばリチウムイオンの間にプロトン交換
を引き起こす酸で、処理される。酸の処理は、高温で、
好ましくは約１００℃から約２５０℃の範囲で、２０分
または３０分はどまでもの少しの範囲内の時間の間、起
こる。

プロトン交換の温度および時間は、−射的には、ウェー
ハの所望の区域において実質的なプロトン交換を引き起
こすために十分であるが、プロトン交換にさらされるウ
ェーハ領域におけるマイクロクラッキングまたはマイク
ロクラックの形成に通じる応力の創造を避けるために十
分に不足している。

プロトン交換ステップは、好ましくは、ウェーハの表面
より下のプロトン交換の深さを大きくて約５ミクロンお
よび好ましくは大きくて約２ミクロンに制限するように
、制御される。このために、プロトン交換の時間は、好
ましくは多くて約１０分から約１５分のところまでに制
限される。この交換時間は、好ましくは、実質的に１０
０％のリチウムイオンをウェーハの表面において水素イ
オンに変換するためにおよび実質的に１００％のリチウ
ムイオンを表面より下に大きくて約５ミクロンで好まし
くは大きくて約２ミクロンの深さまで水素イオンに変換
するために必要とされる時間を、超えるべきではない。

プロトン交換が完全にされた後で、マスクまたはマスキ
ングパターンは除去される。その後で、チップの表面に
おいておよびその近くにおいて、実質的にはチップの表
面の中および下に形成された水素イオンを拡散させるた
めに、ウエーノ１は、空気が通常含むよりも多くの酸素
を含む環境において、かつ好ましくは十分な量において
、十分な温度で、十分な時間の間、熱処理、すなわち熱
により焼きなましされる。熱処理は、またウエーノ〜が
ニオブ酸リチウムであるところのウェー／１の位相ヲ、
不安定な位相のペロブスカイトからより安定した位相の
菱面体に、変換する。

好ましくは、焼きなましステップは、ウエーノ）の表面
における水素の濃度を、約１００％から約２０％から約
３０％および好ましくは約２５％より少ない範囲におけ
る値まで、減少させるために十分な時間の間および温度
において、実施される。

より広い見地から、焼きなましステップは、プロトン交
換の前のウェー７１の電気光学の係数が実質的に回復さ
れ、かつプロトン交換により引き起こされる光学の伝搬
の損失が減じられるかまたは実質的に解消されるまで、
続けられる。

いくつかの実施例においては、焼きなましステップは、
ウェーハにおける導波管および導波管に結合されるべき
光ファイバのコアの間の結合を最大にするために十分な
時間の間、実施される。そのような実施例においては、
焼きなましは、導波管に結合されるべきファイバのコア
から現われるスポットの大きさの光が、導波管それ臼体
を介して通過しかつ導波管それ自体から現われるスポッ
トの大きさの光に実質的に一致するまで、実施される。

そのような実施例においては、導波管への水素の拡散は
、約５ミクロンから約７ミクロンの範囲の深さまで貫通
するであろう。

好ましい実施例においては、焼きなましは、焼きなまし
の温度を室温たとえば約２０℃から所望の最高の温度、
好ましくは約３２５℃から約３７５℃の範囲まで、約３
０分までの時間期間にわたって、しかし好ましくは可能
な限り迅速に、徐々に増加させることにより、実施され
る。焼きなましは、最高の温度において、所望の水素イ
オンの拡散をウェーハの中に引き起こすためにおよびつ
工−ハの電気光学の係数を最適な値まで、すなわちプロ
トン交換および焼きなましへの露出の前のウェーハの値
またはその値の近くの値まで回復するために十分な時間
の間続く。

焼きなましは、空気または酸素に露出されたチャンバに
おいて起こる。好ましくは、酸素は、毎分約０．１リッ
トルから毎分約０．５リットルの範囲の速度において、
焼きなましチャンバに流れ込む。この酸素のフローは、
焼きなましステップの間中維持される。

好ましい実施例の説明 第１図は、ブロック図の形態において、この発明の方法
の好ましい実施例を、示す。このプロセスにおいて、ニ
オブ酸リチウムのウェーハは、ステップ１における洗浄
の後で、経路２を介してマスキングステップ３へ通過す
る。マスキングは、アルミニウムのマスクを、Ｙの接合
パターンを形成するように、写真平板により、ニオブ酸
リチウムのウェーハの上に置くステップを含む。マスキ
ングステップ３から、マスキングされたニオブ酸リチウ
ムのウェーハは、経路４の上をプロトン交換ステップ５
へ通過する。

そこでは、第２Ａ図および第２Ｂ図において見られるよ
うに、安息香酸融成物１６は、マスキングされたウェー
ハ１７の全体の表面の上に衝突する。しかしながら、マ
スク１８はマスキングされていない区域１９を除いたウ
ェーハのすべての部分をブロッキングするので、リチウ
ムイオンのための水素イオン交換は、区域１９に、好ま
しくは区域１９におけるウェーハの表面より下の約２ミ
クロンの深さまでに、限られる。区域１９においては、
水素イオンは経路２０の上に入り、かつリチウムイオン
は経路２１の上を去る。このステップの後のプロトン交
換されたウェーハ１７は、プロトン交換された案内領域
１９を含み、第２ｃ図を見られたい。その後で、プロト
ン交換されたマスキングされたニオブ酸リチウムのウェ
ーハ１７は、経路６の上を熱焼きなましステップ７へ、
通過する。

そこでは、マスキングされたサブストレートは、約２０
℃から好ましくは約３２５℃から約３７５℃の範囲であ
る所望の最高点まで徐々に増加する温度において、約３
０分までの期間にわたって、しかし好ましくは可能な限
り迅速に、熱による焼きなましを受ける。焼きなましは
、水素イオンが、プロトン交換された区域におけるウェ
ーハの中へ、約５から約７ミクロンの範囲における深さ
まで拡散されるようにする。この熱による焼きなましス
テップの終りに、ウェーハは経路８の上を、従来の写真
平板のプロセスを用いてサブストレートの上に電極が形
成されている写真平板ステップ９へ、通過する。次いで
ウェーハは、経路１０の上を、そこでウェーハが経路１
２上を最後のステップ１３へ通過される前に所望の大き
さおよび形状の製品に切り分けられるダイシングおよび
パッケージングステップ１１へ、通過する。

第３図は、水素イオン交換され、熱により焼きなましさ
れ、Ｙの形状にされた偏光導波管１４がウェーハ１５の
表面上に形成された、製品の好ましい実施例を、示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、プロトン交換された統合された光学チップを
つくるための好ましい方法を示す、ブロックフロー図で
ある。 第２Ａ図および第２Ｂ図は、この発明の方法のプロトン
交換ステップを示す。 第２Ｃ図は、この方法のプロトン交換ステップによりチ
ップにおいて形成された案内領域を示す。 第３図は、この発明の方法の製品の実施例である。 図において、１４はＹの形状にされた偏向導波管、１５
はウェーハ、１６は安息香酸融成物、１７はマスキング
されたウェーハ、１８はマスク、１９はマスキングされ
ていない区域、２０および２１は経路である。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）プロトン交換された統合された光学チップをつく
   るための方法であって、 この目的のために適合された物質からチップのサブスト
   レートを形成するステップと、前記チップのサブストレ
   ートの少なくとも一方の表面に除去可能なマスクまたは
   マスクパターンを取付けるステップとを含み、前記マス
   クまたはマスクパターンは所望の大きさおよび形状を有
   し、さらに、マスキングされたチップのサブストレート
   を前記チップのサブストレートのマスキングされていな
   い表面におよびそれより下に実質的なプロトン交換を引
   き起こすために十分な温度においておよび時間の間、し
   かし前記チップのサブストレートにおけるマイクロクラ
   ッキングに導くいずれのマイクロクラッキングまたは内
   部の応力を生じるためにも不十分な時間の間、プロトン
   交換する酸により処理するステップと、前記マスクまた
   はマスクパターンを前記チップのサブストレートから除
   去するステップと、前記チップのサブストレートを酸素
   の存在において、前記チップのサブストレートの表面に
   おけるおよび実質的に前記チップのサブストレートの表
   面より下の前記チップのサブストレートの近くにおける
   水素イオンを拡散させるために十分な温度においておよ
   び時間の間、かつ前記チップのサブストレートの電気光
   学の係数を回復し、かつ最適化するために十分な時間の
   間および温度において、熱により焼きなましするステッ
   プとを含む、方法。
2. （２）ニオブ酸リチウムを含むチップのサブストレート
   を前記チップのサブストレートとして使用するステップ
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. （３）安息香酸を前記プロトン交換する酸として使用す
   るステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. （４）前記処理は、約１００℃から約２５０℃の範囲の
   温度において、約３０分までの時間の間起こる、請求項
   １に記載の方法。
5. （５）前記焼きなましを約３２５℃から３７５℃の範囲
   の温度において実施するステップをさらに含む、請求項
   １に記載の方法。
6. （６）前記焼きなましは、ガスに対して実質的に不浸透
   性のチャンバにおいて実施され、かつ前記焼きなましの
   間に、毎分約０．１リットルから約０．４リットルの範
   囲の速度において前記チャンバに酸素を流すステップを
   さらに含む、請求項１に記載の方法。
7. （７）前記焼きなましは、前記チップのサブストレート
   の電気光学の係数をプロトン交換の酸による前記処理の
   前の前記電気光学の係数の値まで回復するために十分な
   時間の間および温度において、実施される、請求項１に
   記載の方法。
8. （８）プロトン交換された構造と、所望の大きさおよび
   形状の表面の光学パターンを有し、前記チップは実質的
   に前記チップの表面の巾および下へ拡散されるプロトン
   交換された水素イオンを有し、菱面体の構造と、プロト
   ン交換の前のそのようなチップの電気光学の係数に実質
   的に等しい回復された最適化された電気光学の係数とを
   有し、前記チップはマイクロクラッキングに通じる応力
   が実質的になく、かつ前記チップのプロトン交換された
   領域におけるマイクロクラックが実質的にない、統合さ
   れた光学チップ。
9. （９）前記チップはニオブ酸リチウムおよびプロトン交
   換されたニオブ酸リチウムから形成される、請求項８の
   チップ。
10. （１０）プロトン交換された構造および所望の大きさな
    らびに形状の表面のパターンを有し、前記チップは実質
    的に前記チップの表面の中および下に拡散されたプロト
    ン交換された水素または重水素イオンを有し、前記チッ
    プはマイクロクラッキングに通じる応力が実質的になく
    、かつ前記チップのプロトン交換された領域におけるマ
    イクロクラックが実質的にない、統合された光学チップ
    。
11. （１１）少なくとも１つの導波管をさらに含み、その導
    波管は、前記プロトン交換された水素または重水素イオ
    ンを含み、かつ実質的に同一の大きさおよび形状のコア
    を有する光ファイバのファイバに結合するようにされた
    制御された所望の大きさおよび形状を有する、請求項１
    ０に記載の統合された光学チップ。
12. （１２）プロトン交換された統合された光学チップをつ
    くるための方法であって、チップのサブストレートを、
    前記チップのサブストレートの表面においておよびその
    下において実質的なプロトン交換を引き起こすために十
    分な温度においておよび時間の間、しかし前記チップの
    サブストレートにおけるマイクロクラッキングに通じる
    いかなるマイクロクラッキングまたは内部の応力を生じ
    るためにも不十分な時間の間、プロトン交換する酸によ
    り処理するステップと、前記チップのサブストレートを
    、酸素の存在において、前記チップのサブストレートの
    表面においておよび実質的に前記チップのサブストレー
    トの表面より下の前記チップのサブストレートの表面の
    近くにおいて水素イオンを拡散させるために十分な温度
    においておよび時間の間、かつ前記チップのサブストレ
    ートの電気光学の係数を回復するためにおよび最適化す
    るために十分な時間の間および温度において、熱により
    焼きなましするステップとを含む、方法。
13. （１３）前記チップのサブストレートをプロトン交換す
    る酸により処理する時間を、前記チップのサブストレー
    トの表面より下のプロトン交換の深さが約２ミクロンよ
    り大きくないように制限するステップをさらに含む、請
    求項１２に記載の方法。
14. （１４）前記焼なましの時間は、前記チップのサブスト
    レートの表面より下の水素イオンの拡散が前記サブスト
    レートの表面より下の約７ミクロンより大きくない深さ
    まで貫通するように制御される、請求項１２に記載の方
    法。